(57)【要約】溶出装置および検出装置が記載されている。溶出装置は：サンプルを捕捉するためのサンプルトラップと；液体溶出剤および液体溶出液を移動させるための１つ以上のポンプおよび／またはバルブとを含み、溶出液は、溶出剤によって抽出されたサンプルの抽出部分を含む。検出装置は：サンプルを受け取る低電圧（ＬＶ）端部を有するキャピラリと；キャピラリの高電圧（ＨＶ）端部に接続されて、ＨＶ端部におけるキャピラリの監視部分の導電率に基づいて信号を生成する導電率検出器とを含み、導電率検出器は、ＬＶ端部から電気的に絶縁されている。
2019526793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶出装置であって：
サンプルを捕捉するためのサンプルトラップ；および
液体溶出剤および液体溶出液を移動させるための１つ以上のポンプおよび／またはバルブを含み、前記溶出液が、前記溶出剤によって抽出される前記サンプルの抽出部分を含む、溶出装置。
【請求項２】
前記サンプルトラップは、前記サンプルを捕捉または吸着するための表面特性を有するトラップ材料を含む、請求項１に記載の溶出装置。
【請求項３】
前記トラップ材料は、前記サンプルを接着するための接着材料である、請求項２に記載の溶出装置。
【請求項４】
前記接着材料は接着テープである、請求項３に記載の溶出装置。
【請求項５】
前記サンプルトラップは、前記サンプルを吸収するための表面構造を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶出装置。
【請求項６】
前記サンプルトラップは、前記サンプルを吸着するための前記材料の一部を含み、前記フィルタは、前記溶出液を濾過するための材料の一部を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶出装置。
【請求項７】
前記溶出装置内の前記溶出液を濾過するためフィルタを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶出装置。
【請求項８】
溶出方法であって：
サンプルトラップ内でサンプルを捕捉するステップ；および、
液体溶出剤および液体溶出液を移動させるステップを含み、前記溶出液が、前記溶出剤によって抽出された前記サンプルの抽出部分を含む、溶出方法。
【請求項９】
前記サンプルトラップで拭き取り、その材料の一部に前記サンプルを捕捉するステップ；
前記拭き取ったサンプルトラップを溶出ジグで受け取るステップ；
前記溶出ジグを手で、もしくはアクチュエータで閉じるステップ；および／または、
電子制御装置によって制御されるサンプル処理方法を開始するステップを含む、請求項８に記載の溶出方法。
【請求項１０】
前記サンプル処理方法は：第１の試剤の形態の前記溶出剤の第１の容量を前記溶出ジグに移動させるステップ；
前記第１の試剤を、前記サンプルトラップの一部を含む前記材料の一部を通して、あるいは通過させて、溶出液を形成するステップ；
前記溶出液を、脱気濾過システムを通して移動させるステップ；
前記脱気溶出液がキャピラリの低電圧（ＬＶ）端に位置するように、当該脱気溶出液をグランドマニホールドに移動させるステップ；
前記脱気溶出液を前記キャピラリに注入するステップ；
前記グランドマニホールドを電解液で洗浄して、前記キャピラリの前記ＬＶ端に電解液を配置するステップ；および／または、
前記サンプルを分離するために高電圧（ＨＶ）電源を作動させるステップを含む、請求項９に記載の溶出方法。
【請求項１１】
前記材料の一部を使用して前記溶出装置内の前記溶出液を濾過するステップを含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の溶出方法。
【請求項１２】
検出装置であって：
サンプルを受け取るための低電圧（ＬＶ）端部を有するキャピラリと；
前記キャピラリの高電圧（ＨＶ）端部に接続されて、当該ＨＶ端部における前記キャピラリの監視部分の導電率に基づいて信号を生成する導電率検出器と、を含み、
前記導電率検出器が前記ＬＶ端部から電気的に絶縁されている、検出装置。
【請求項１３】
前記導電率は複素導電率である、請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記導電率検出器に電力を供給するための無線電気接続を含む、請求項１２または１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記無線電気接続は、無線電気送信機および無線電気受信機を含む、請求項１４に記載の検出装置。
【請求項１６】
前記導電率検出器からおよび／または前記導電率検出器に、通信信号を送信するための光通信リンクを含む、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記導電率検出器が、容量型導電率検出器、および／または非接触型導電率検出器、および／または容量結合非接触型導電率検出器（Ｃ４Ｄ）、および／または前記キャピラリ流体と接触する電極を有する接触型導電率検出器である、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１８】
前記導電率検出器からの前記導電率信号の同相信号成分と直交信号成分とを決定するための位相検波器；
前記導電率検出器からの導電率信号用の信号チャネル、および当該信号チャネルとは個別の、前記導電率検出器用に生成された変調信号内の雑音信号用の雑音チャネル；および、
前記監視されたサンプル部分を前記導電率検出器から運び去るためのドレイン導管、または前記キャピラリからの前記監視されたサンプル部分を気流を通過させることによって乾燥させるスポンジ、ウィック、または乾燥表面；
の１つ以上を含む、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１９】
送信電極および受信電極を含む、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２０】
前記送信電極および前記受信電極は、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリである、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２１】
サンプルを受け取る低電圧（ＬＶ）端部を有するキャピラリと；
前記キャピラリの高電圧（ＨＶ）端部に接続され、前記ＬＶ端部から電気的に絶縁され、前記ＨＶ端部における前記キャピラリの監視部分の導電率に基づいて信号を生成する、導電率検出器と、を含む、検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
以下の関連特許出願の出願当初の明細書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる：オーストラリア仮出願特許２０１６９０３２３２号（２０１６年８月１５日出願）および２０１７９０２３０４号（２０１７年６月１６日出願）。
【０００２】
本発明は、概して、化合物およびイオン、例えば、分析物および／または無機化合物ならびにそれらの成分イオンを溶出および検出するための装置、システムおよび方法に関し、例えば、無機爆発物をスクリーニングするための無機爆発物の痕跡を溶出および検出するための、溶出装置、溶出方法、検出装置および検出方法を含む。
【背景技術】
【０００３】
例えば、大量輸送；政府、大使館、領事館；警察と軍事のインフラおよび設備；ならびに重要かつリスクの高いインフラの分野では、セキュリティ対策の強化は世界的な優先事項となっている。武器、薬物、および密輸品を含む様々な材料や物質を検出することを目的としたスクリーニングレーンは、現在、世界中に４０万を超えて存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現在の検出技術には重大な欠点がある。例えば、イオン移動度分光法（ＩＭＳ）を使用した爆発物痕跡検出器（ＥＴＤ）は、十分な速度および／または精度で、あるいは手ごろな費用で、無機塩ベースの爆発物（例えば、塩素酸塩、硝酸塩、および／または過塩素酸塩）を識別できない場合がある。ＩＭＳは、有機過酸化物を検出する能力が限られている可能性があり、また、無機化合物を検出できない場合がある。質量分析法は、無機化合物を検出できない場合がある。イオンクロマトグラフィーは、分析時間が長く、２５分を超える時間を要する場合がある。
【０００５】
キャピラリ電気泳動またはキャピラリゾーン電気泳動（「ＣＺＥ」）は、例えば、国際特許公報第２０１４／０２６２２４号において液相検出のために提案されているが、既存のキャピラリ電気泳動検出器は、依然として感度が不十分であり、かつ／または特定の用途には低速すぎる。
【０００６】
従来技術に関連する１つ以上の不利益または制限に対処すること、もしくはそれを改善すること、あるいは少なくとも有用な代替案を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、溶出装置であって：
サンプルを捕捉するためのサンプルトラップ；および、
液体溶出剤（溶出流体）および液体溶出液を移動させるための１つ以上のポンプおよび／またはバルブを含み、溶出液が、溶出剤によって抽出されたサンプルの抽出部分を含む、溶出装置が提供される。
【０００８】
サンプルトラップは、サンプルを吸着するための表面特性を有し得る。トラップ材料は、サンプルを接着するための接着材料とすることができる。接着材料は、接着テープとすることができる。サンプルトラップは、サンプルを吸収するための表面構造を有し得る。サンプルトラップは、サンプルを吸収するための材料の一部を含み、フィルタは、溶出液を濾過するための材料の一部を含み得る。
【０００９】
溶出装置は、該溶出装置内の溶出液を濾過するためのフィルタを含み得る。
【００１０】
本発明はまた、溶出方法であって、
サンプルトラップ内でサンプルを捕捉するステップ；および、
液体溶出剤および液体溶出液を移動させるステップを含み、溶出液が、溶出剤によって抽出されたサンプルの抽出部分を含む、溶出方法を提供する。
【００１１】
この溶出方法は：
サンプルトラップで拭き取り、その材料の一部にサンプルを捕捉するステップ；
拭き取ったサンプルトラップを溶出ジグで受け取るステップ；
溶出ジグを手で、もしくはアクチュエータで閉じるステップ；および／または、
電子制御装置によって制御されるサンプル処理方法を開始するステップを含み得る。
【００１２】
このサンプル処理方法は：
第１の試剤の形態の溶出剤の第１の容量を溶出ジグに移動させるステップ；
第１の試剤を、サンプルトラップの一部を含む材料の一部を通して、あるいは通過させて、溶出液を形成するステップ；
溶出液を、脱気濾過システムを通して移動させるステップ；
脱気溶出液がキャピラリの低電圧（ＬＶ）に位置するように、当該脱気溶出液をグランドマニホールドに移動させるステップ；
脱気溶出液をキャピラリに注入するステップ；
グランドマニホールドを電解液で洗浄して、キャピラリのＬＶ端に電解液を配置するステップ；および／または、
サンプルを分離するために高電圧（ＨＶ）電源を作動させるステップを含み得る。
【００１３】
この溶出方法は、上記材料の一部を使用して溶出装置内の溶出液を濾過するステップを含み得る。
【００１４】
本発明によれば：
サンプルを受け取るための低電圧（ＬＶ）端部を有するキャピラリと；
該キャピラリの高電圧（ＨＶ）端部に接続されて、該ＨＶ端部におけるキャピラリの監視部分の導電率に基づいて信号（「導電率信号」）を生成する導電率検出器と、を含み、
導電率検出器が（電力供給およびデータ通信のために）ＬＶ端部から電気的に絶縁されている、検出装置が提供される。
【００１５】
導電率は複素導電率（「アドミティビティ」としても知られる）であり、これは、コンダクタンスと呼ばれる実数成分とサセプタンス（「サセプティビティ」としても知られる）と呼ばれる虚数成分との合計である。
【００１６】
この検出装置は、導電率検出器に電力を供給するための無線電気接続を含む。無線電気接続は、無線電気送信機および無線電気受信機を含む。
【００１７】
この検出装置は、導電率検出器からおよび／または導電率検出器に、通信信号を送信するための光通信リンクを含む。
【００１８】
この導電率検出器は、容量型導電率検出器、および／または非接触型導電率検出器、および／または容量結合非接触型導電率検出器（Ｃ４Ｄ）、および／またはキャピラリ流体と接触する電極を有する接触型導電率検出器とすることができる。
【００１９】
この検出器装置は：
導電率検出器からの導電率信号の同相信号成分および直交信号成分を決定するための位相検波器；
導電率検出器からの導電率信号用の信号チャネル、および当該信号チャネルとは個別の、導電率検出器用に生成された変調信号内の雑音信号用の雑音チャネル；
監視されたサンプル部分を導電率検出器から運び去るためのドレイン導管、または（検出器を通過した）キャピラリからの（溶液中の）監視されたサンプル部分を（加熱された）気流を通過させることによって乾燥させる（そして固体を形成する）、スポンジ、ウィックまたは乾燥表面；の１つ以上を含む。
【００２０】
検出装置は、送信電極および受信電極を含み、当該送信電極および受信電極は、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリである。
【００２１】
本発明はまた、検出方法を提供し、当該検出方法は：
サンプルを受け取る低電圧（ＬＶ）端部を有するキャピラリ；および、
キャピラリの高電圧（ＨＶ）端部に接続され、（電力供給および通信のために）ＬＶ端部から電気的に絶縁され、ＨＶ端部におけるキャピラリの監視部分の導電率に基づいて信号を生成する、導電率検出器を含む。
【００２２】
本発明によれば、溶出装置であって：
サンプルを捕捉するためのサンプルトラップ；および、
溶出剤（溶出流体）および溶出液を移動させるための１つ以上のポンプおよび／またはバルブを含み、当該溶出液が、溶出剤によって抽出されるサンプルの抽出部分を含む、溶出装置が提供される。
【００２３】
本発明はまた、溶出方法であって：
サンプルトラップ内のサンプルを捕捉するステップ；および、
溶出剤および溶出液を移動させるステップを含み、当該溶出液が、溶出剤によって抽出されるサンプルの抽出部分を含む、溶出方法を提供する。
【００２４】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を非限定的な例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】検出器を含む、化合物を検出するためのシステムのブロック図である。
【図２】システムのコントローラボードのブロック図である。
【図３】コントローラボードの電源のブロック図である。
【図４】システムの検出器のブロック図である。
【図５】検出器のデジタル信号処理モジュールのブロック図である。
【図６】検出器の送信フィルタ回路の回路図である。
【図７】検出器のトランスインピーダンス増幅器の回路図である。
【図８】検出器の電源の概略図である。
【図９】システムのファームウェアアーキテクチャのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［概要］
本明細書に記載するのは、キャピラリ電気泳動（ＣＥ）プロセスを利用して、サンプルを分析して微量の無機爆発物を検出するためのシステムである。ＣＥは、異なるサイズのイオンを分離するための方法である。溶液中のイオンに高圧電場が加えられる。イオンは、電場の極性およびイオンの極性に応じた方向に移動する。サンプル中のイオンは、静水圧作用（すなわち、圧力）および静電作用（すなわち、電気浸透流）によって駆動されるキャピラリを通って流れる。キャピラリは管であるが、その毛細管作用（「ウィッキング」としても知られる）は、システム内におけるその機能にとって必要ではない。各イオンの速度は、電場の強さと、キャピラリ内のバックグランド電解質を通って移動するイオン（これも電気浸透流によって駆動される）の電気泳動移動度と、によって決まる。電気泳動移動度は、イオンの電荷、イオンの有効断面積、およびイオンが通過移動しているバックグランド電解質（ＢＧＥ）の粘度に関連する。電気浸透流は、キャピラリの内部表面積対体積比、ＢＧＥのｐＨ、および加えられる電場の強度によって決まる。ＣＥは、様々なイオンタイプの様々な移動速度を使用して、イオンが開始位置から既知の距離にある導電率検出器に到達するのに要する時間を測定することによって、イオンタイプを区別する。検出される導電率は、複素導電率（「アドミティビティ」としても知られる）であり、これは、コンダクティビティと呼ばれる実数成分と、サセプタンス（「サセプティビティ」としても知られる）と呼ばれる虚数成分と、の合計である。したがって、このシステムは、爆発装置内に存在する無機分子の検出に利用することができる。検出される分析物は、陰イオンまたは陽イオンであり得る。検出される分析物には、陽イオンである、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、および尿素とともに、陰イオンである、硝酸塩、塩素酸塩、および過塩素酸塩が含まれ得る。
【００２７】
記載のシステムは、高電圧（ＨＶ）を加えることによって分析プロセスを加速化し、かつ感度を改善し、また、高速信号処理を用いて迅速な測定（例えば、１分未満）を提供する。
【００２８】
［システム１００］
図１に示すように、システム１００は：
ａ．サンプル入力１０２（溶出ジグを含む）；
ｂ．溶出試剤容器１０４；
ｃ．電解質試剤容器１０６；
ｄ．メイン流体ブロック１０８；
ｅ．ドレイン槽１１０；
ｆ．「検出キャピラリ」、「分析キャピラリ」、「分離キャピラリ」および／または「キャピラリ管」とも呼ばれる、キャピラリ１１２；
ｇ．容量結合非接触型導電率検出器（capacitively-coupled contactless conductivity detector）１１４（「Ｃ４Ｄ」と呼ばれる）またはキャピラリ流体と接触する電極を有する接触型導電率検出器、および／または光透過率／吸光度検出器；
ｈ．絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６；
ｉ．高電圧（ＨＶ）流体ブロック１１８；
ｊ．ＨＶドレイン管の形態の任意のドレイン導管１２０；または（ドレイン導管に代えて）、乾燥機（例えば、エアヒータおよびファン）および乾燥領域（スポンジ、ウィックまたは乾燥表面であり得る）であって、キャピラリから排出された監視対象の（検出器１１４を通過した）溶液を、乾燥領域を通過する（エアヒータおよびファンによる）気流を通過させることによって（能動的に）乾燥させ、当該排出された監視対象の溶液を乾燥させて固体または沈殿物を形成する乾燥機または乾燥領域；
ｋ．ＨＶ電力を供給するＨＶ電源１２２；
ｌ．ファン１２４；
ｍ．少なくとも１つの温度センサ１２６；
ｎ．ヒータ１２８；
ｏ．溶出ジグおよびグランドマニホールドが分離されていて、かつ／あるいは溶出容量が相互接続管を満たすのに不十分である場合に、溶出剤を流動させるために使用することができる、任意のエアポンプ１３０；
ｐ．ＭＣＵ（「マイクロコントローラ」または「電子コントローラ」とも呼ばれる）を有する回路基板を含む、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）および入力−出力（Ｉ／Ｏ）ボード１３２；
ｑ．埋め込み式コンピュータ１３４；
ｒ．ＨＶ電源１２２からのＨＶ電力よりも低い電圧電力を供給し、「低電圧（ＬＶ）電源」とも呼ばれる、バルク電源１３６；
ｓ．主電源および／またはバッテリおよび／または電源インレットの形態のＤＣ電源インレット１３８；
ｔ．サーマルゾーン１４０；
ｕ．セーフティインターロック１４２；
ｖ．任意のＨＶ放電コンポーネント１４４；
ｗ．ボード１３２と電子通信するためのデバッグポート１４６；
ｘ．システム１００の他のコンポーネント周りのシャーシ（「ケース」または「ケーシング」とも呼ばれる）１４８；
ｙ．１つ以上のＨＶ線１５０；
ｚ．少なくとも１つの光ファイバを含む光ファイバリンクである、光リンクの形態である任意の光通信リンク（「光通信接続」とも呼ばれる）１５２；
ａａ．ＭＣＵボード１３２からメイン流体ブロック１０８へのバルブおよびポンプ制御ライン１５４；および
ｂｂ．ＭＣＵボード１３２からメイン流体ブロック１０８への容積式ポンプ制御ライン１５６；を含む。
【００２９】
本明細書に記載されるシステム１００が実行する動作方法は、ＭＣＵ１３２によってシステム１００の他のコンポーネントを制御および調整し、自動処理ステップ（捕集ステップ、挿入ステップおよび起動ステップを除く以下のステップ）を実行する動作方法であり、当該動作方法は：
ａ．容積式ポンプによってＢＧＥをＨＶキャピラリ１１２内に押し込み、グランドマニホールドをＢＧＥで洗浄して、キャピラリ１１２のＬＶ端にＢＧＥ溶液を配置するステップ（プライミングステップ）と；
ｂ．サンプルトラップでサンプルを捕集する（捕集ステップ）、すなわち、サンプルを捕捉もしくは吸着するための表面特性を有するトラップ材料（IONSCAN600トラップなどの不粘着トラップ、および粘着材料を含む粘着トラップを含む）か、あるいはトラップ材料内にサンプルを捕捉または吸収するための表面構造を有するトラップ材料の一部中またはその上で、サンプルトラップ中またはその上のサンプルを捕捉するステップと；
ｃ．サンプルトラップをサンプル入力１０２の溶出ジグに挿入し、例えば、手動でジグを機械的に閉じることによって、あるいは作動モータまたはサーボによってジグを自動的に閉じるように（挿入により、あるいはボタンを押して）機械に要求することによって溶出ジグを作動させ（挿入ステップ）、ＭＣＵボード１３２によって制御される残りの自動処理ステップを起動（または「開始」）するステップ（作動ステップ）と；
ｄ．容積式ポンプによって溶出試剤容器１０４から溶出ジグに制御された量（「第１の容量」と呼ばれ、５００マイクロリットル（μｌ）以下であり、例えば、２００μｌ）の第１の試剤の形態の溶出剤（溶出流体と呼ぶことができる）を押し出し（または「動員し」）、第１の試剤を、サンプルトラップの一部を含む拭き取り領域を介して押し出し、かつ／あるいはその領域に押し付け、かつ／あるいはその領域を通過させて、サンプルを溶出し、溶出液（すなわち、溶出されたサンプル流体または溶出されたサンプル溶液）を形成するステップと；
ｅ．（交換可能なサンプルフィルタとすることができる）フィルタによって溶出液を濾過するステップ（濾過ステップ）であって、任意に、トラップ材料の一部を使用して溶出装置内で溶出液を濾過することを含むステップと；
ｆ．脱気システムを通して溶出液を移動させ、該脱気システムにより溶出液を脱気し（脱気ステップ）、交換可能なサンプルフィルタにより、濾過ステップおよび脱気ステップの両方を１つのステップで実行するステップと；
ｇ．脱気された溶出液（すなわち、脱気されたサンプル溶液）がキャピラリのＬＶ端に位置するように、すなわち、脱気されかつ濾過された溶出液を、ＨＶキャピラリのＬＶ端の前に合わせるように、脱気された溶出液をグランドマニホールドに移動させるステップ（位置合わせステップ）と；
ｈ．メイン流体ブロック１０８により、位置合わせされた脱気濾過済みの溶出液からキャピラリ１１２に、静圧（流体圧）によって少量のイオンを注入し、あるいは、動電学的（数秒間の低ＨＶ）注入によって少量のイオンを注入するステップ（注入ステップ）と；
ｉ．メイン流体ブロック１０８により、ＨＶキャピラリ１１２のＬＶ端を取り囲むいずれの残りの溶出液（またはサンプル流体）を任意のドレイン槽１１０に流し、新たなＢＧＥ１０６をキャピラリ１１２のＬＶ端に導入して、洗浄されたサンプル流体を交換するステップ（分離前洗浄ステップ）と；
ｊ．ＨＶ流体ブロック１１８により、（一定時間、または出力が検出されるまで）ＨＶ電源を作動させ、全ＨＶ電圧を加えてイオン分離を生じさせることによってサンプルを分離し、その間に、ＭＣＵ１３２によってＣ４Ｄ１１４の出力を監視および記録するステップ（分離ステップ）と；
ｋ．ＭＣＵ１３２によって時間に基づいて、あるいはＣ４Ｄデータ分析によって決定される分離ステップの最後に、ＭＣＵ１３２がＨＶをオフにするステップと；
ｌ．メイン流体ブロック１０８により、ＨＶキャピラリ１１２を新たなＢＧＥで洗浄して残りの分離生成物を除去し、次の分離の準備をするステップ（キャピラリ洗浄ステップ）と；を含む。
【００３０】
ＵＩ１３４は、動作方法における処理方法を実行し、該処理方法は：
ａ．後の処理を容易にするためにベースラインを削除するステップと；
ｂ．基準イオン（すなわち、溶出試剤１０４中のイオンマーカー）を識別するステップと；
ｃ．内部標準参照イオン振幅に対してデータ振幅を正規化するステップと；
ｄ．データ内のすべてのイオンピークの種を識別するステップと；
ｅ．各ターゲットイオン種に対する特定の較正係数を用いて検出された各ターゲットイオンの量を計算するステップと；
ｆ．各ターゲットの量をその種の誘発閾値と比較するステップと；
ｇ．すべての種がそれらの誘発閾値未満である場合、ユーザインタフェース上に「脅威なし」を示す、すなわちターゲットが見つからなかったことを示し、そうでなければ、ユーザインタフェース上に「脅威」を示すステップと；を含む。
【００３１】
動作中、システム１００はサンプルを受け取る。サンプルは、サンプルトラップを含むサンプリング装置によってターゲットの表面から取得することができる。システム１００を操作する人（「オペレータ」または「ユーザ」とし呼ばれ得る）は、サンプル、またはサンプルを含むサンプルトラップを、サンプル入力１０２を通してシステム１００に挿入する。オペレータは、サンプルを挿入することによって、かつ／あるいはユーザ入力（例えば、手動入力）をユーザインタフェース（ＵＩ）に適用することによって、システム１００によって実行される自動処理ステップ（「自動溶出プロセス」とも呼ばれる）を開始する。サンプル入力１０２は、サンプルを溶出し、該サンプルをメイン流体ブロック１０８に提示する。自動溶出プロセスにおいて、サンプル入力１０２は、システム１００による摂取のためにサンプルを液体に移送する。エアポンプ１３０は、サンプル基板を通ってメイン流体ブロック１０８まで、溶出液および／または溶出剤を流動させるための短い低圧パルスを提供することができる。
【００３２】
システム１００は、サンプルを捕捉するためのサンプルトラップと、溶出装置内の溶出剤を（「初期溶出流体」ともいう）を濾過するための初期フィルタと、を有する溶出装置を含む。溶出剤は、システム１００によって、初期フィルタを通過するように指示される。サンプルトラップは、吸着によってサンプルを捕捉する材料（「サンプルトラップ材料」と呼ばれ得る）の一部を含んでいてもよい。サンプルトラップは、接着によってサンプルを捕捉する接着材料を含むか、またはそれからなっていてもよい。初期フィルタは、サンプルトラップ材料の一部を含んでいてもよい。サンプルを捕捉するサンプルトラップ材料の一部は、対象の物体（例えば、人の衣服）を拭き取るために使用され得るため、「拭き取り領域」と呼ばれ得る。したがって、サンプルトラップ材料は、溶出装置内において２つの機能、すなわち、トラップとしての機能および初期フィルタとしての機能を有し得る。サンプルトラップ材料は、市販のマイクロポアテープ（「粘着テープ」とも呼ばれる）とすることができる、接着テープを含むことができ、かつ／あるいはイオン移動度分光分析ベースの爆発性痕跡検出器からのサンプルトラップ、例えば、不織材料、スポンジ材料、および／またはポリマー材料の市販のサンプルトラップを含むことができ、かつ／あるいはサンプルを捕捉する表面構造を有する材料を含み得る。
【００３３】
溶出装置は、溶出剤および溶出液を移動させるために、メイン流体ブロック１０８内に複数のポンプおよびバルブを含み、溶出液は、溶出剤によって抽出されたサンプルの抽出部分を含む。
【００３４】
流体は、液体と気体を含むことができる。本明細書に記載される溶出剤、溶出液および電解質流体は液体とすることができ、すなわち、それらは液体形態または液相であり、液相の使用は気相の使用よりも好ましい場合がある。処理されたサンプルは、１つ以上のフィルタによって大きな粒子と破片が濾過される。
【００３５】
溶出装置は、溶出剤によって、対象の粒子をサンプリング装置から溶出液中に移動させる方法を提供する。濾過され処理されたサンプルはまた、溶出液（すなわち、溶出・脱気済みのサンプルとしても知られる、脱気された溶出液）がキャピラリメイン流体ブロック１０８に送られる前に、ガス成分を除去するために脱気システムを通過する。脱気システムは、空気を大気に通気する疎水性膜（単純な脱気メカニズム）、または（溶液である）溶出液から気泡を除去するように圧力が制御されている密閉チャンバ（脱気マニホールド）のいずれかからなり得る。
【００３６】
溶出試剤容器１０４は、溶出剤（「試剤１」とも呼ばれる）を収容し、電解質試剤容器１０６は、電解質流体（「試剤２」とも呼ばれる）を収容する。
【００３７】
溶出液、溶出剤および電解質流体は、メイン流体ブロック１０８の「入力流体」と呼ばれ得る。
【００３８】
溶出試剤容器１０４および電解質試剤容器１０６は、それぞれ密閉容器の形態で、空気を含まない（特に、酸素および二酸化炭素を含まない）ストレージを提供する。密閉容器は、折り畳み可能なバッグとすることができる。密閉容器は、流体コネクタ（例えば、ホースまたはパイプまたはそれらの複数）によって、メイン流体ブロック１０８にそれぞれ別々に接続されている。さらに、複数の交換可能な１０ミクロンフィルタを用いて、流体がグランドマニホールドに入る前に大きな粒子を除去することができる。
【００３９】
メイン流体ブロック１０８（または「グランドマニホールド」）は、サンプル入力１０２から溶出液を受け取る。グランドマニホールド１０８は、試剤１および試剤２を、それぞれ容器１０４および容器１０６から受け取る。メイン流体ブロック１０８は、分離のために、それぞれの量の一連の流体をキャピラリ１１２に供給する。グランドマニホールド１０８は、該グランドマニホールド内で流体処理を実行するために、流体切り替え用の複数のバルブと、流体運動を誘発するための複数の容積式ポンプと、を含む。グランドマニホールド１０８は、グランドマニホールド１０８およびキャピラリの洗浄をフラッシング法で実行するための流体経路および流体制御を含む。
【００４０】
メイン流体ブロック１０８のバルブおよびポンプのシーケンス制御および電子制御は、後述するＭＣＵボード１３２によって制御されて実行される。
【００４１】
ドレイン槽１１０は、メイン流体ブロック１０８と流体連通して流体処理方法からの廃液、すなわち、キャピラリ１１２に供給されない入力流体部分と、任意にキャピラリ１１２、ＨＶ流体ブロック１１８およびＨＶドレイン管１２０を横断した流体を受け取る。ドレイン槽１１０は、ドレインボトル、および／または可撓性バッグを含み得る。ドレイン槽１１０は、例えば、電解質試剤および溶出試剤を補充および／または交換するときなど、通常の使用中に人によって空にされるか、あるいは交換され得る。
【００４２】
キャピラリ１１２は、処理済みのサンプルを受け取り保持するための、処理済みサンプルを運搬するための、および処理済みのサンプルを分離するためのコラムとしての流体運搬内部を提供し、これは、メイン流体ブロック１０８からＣ４Ｄ１１４の導電性試験電極を通ってＨＶ流体ブロック１１８に延びている。
【００４３】
以下に説明する動作方法の間、ＨＶ電位は、ＨＶ電極と接地電極との間でキャピラリ１１２に（その長さに沿って）加えられる。ＨＶ電極１１８Ａは、当該ＨＶ電極１１８ＡをＨＶ流体ブロック１１８内に圧入するか、あるいは成型することによって、ＨＶ流体ブロック（または「ＨＶマニホールド」）内に埋め込まれている。接地電極１０８Ａは、当該接地電極１０８Ａをグランドマニホールド１０８内に圧入するか、あるいは成型することによって、グランドマニホールド１０８内に埋め込まれる。電位差により、サンプル中のイオンは、キャピラリ１１２を介してＨＶ電極に向かって押しやられる。
【００４４】
キャピラリ１１２は、マニホールドフィッティング、例えば、スクリューフィッティングおよび／または他の市販の低圧フィッティング、例えば、IDEX Health & Science, LLCのUpchurchフィッティングを用いて、各マニホールド１０８，１１８に接続されている。キャピラリは：ＬＶマニホールド１０８に接続された低電圧（ＬＶ）端部と、ＨＶマニホールと１１８に接続されたＨＶ端部と、を含む。キャピラリ１１２の長さに沿って、約１３３Ｖ／ｍｍの略線形の電圧勾配がある。
【００４５】
キャピラリ１１２の寸法は、当該キャピラリ１１２が容易に閉鎖でき、キャピラリに供給される流体が（例えば、１．２ミクロンのフィルタで）十分に濾過されるように選択される。キャピラリ１１２は、内径（ＩＤ）が約２５〜５０ミクロン（マイクロメータ）であり、例えば、公称ＩＤが、２５ミクロン、３０ミクロンまたは５０ミクロンであり、外径（ＯＤ）が約３６５ミクロンであり、例えば、公称外径が３７０ミクロンであり、これは、Ｃ４Ｄ１１４のマニホールドフィッティングおよび内部貫通孔に一致する。
【００４６】
キャピラリ１１２の長さは、最速のペースで十分なイオンピーク分離（選択性）を達成するのに必要とされる距離に基づいて選択され、例えば、その長さは全体で約３００ｍｍとすることができ、これにより、Ｃ４Ｄ１１４は、接地端から約２７０ｍｍの位置に取り付けられて、キャピラリ１１２のいずれかの端部でフィッティングに入ることができる。この長さは、１ｍｍのスラグ長さが、ＨＶ電位下でイオンを十分に分離し、流体容積内の分離されたイオン間に十分な溶液を提供し、アルゴリズム処理を可能にし得る長さである（スラグ長さは、「スラグ」と呼ばれ得る、キャピラリ内のサンプル部分の長さである）。公称サンプル容積は、２５μｍキャピラリを用いて、長さ１ｍｍに対して０．４９ナノリットル（ｎｌ）である。直径２ミクロンの変動は、０．４９１ｎｌに対して、スラグ長さが０．８５６から１．１８２ｍｍまで変動し得ることを意味する（−１４．３％／＋１８．２％）。この容積を変更して、感度、特異度およびダイナミックレンジを最適化することができる。
【００４７】
検出キャピラリ１１２は、端部から端部まで、後述の製造方法で選択された電気抵抗を有する。
【００４８】
キャピラリ１１２は、石英ガラス管からなる。
【００４９】
キャピラリ１１２は、正しい電気浸透流を確立し、３層の信号損失を低減するために、複数のライニング層で内部被覆されていてもよく：製造後のステップにおけるキャピラリの前処理として、流体洗浄シーケンスを用いてＨＤＭＢ，ＰＳＳおよびＨＤＭＢ層が順次適用される。検出キャピラリ１１２内のＢＧＥは、端部から端部まで流体抵抗（または「抗力」）を有し、これは温度およびＢＧＥの性質によって影響を受ける。
【００５０】
キャピラリ１１２は、外部にポリイミドコーティングを有していてもよい。
【００５１】
キャピラリ１１２は、自然な曲率を有するコイルとして供給することができる。
【００５２】
キャピラリ１１２は、市販の管、例えば、Polymicro (Molex)のTSP025375またはSGEの062710であってもよい。
【００５３】
シャーシ１４８は、後述する温度制御システムによって温度が制御される熱制御容積（または空間）である、サーマルゾーン１４０を含む。シャーシ１４８は、サーマルゾーン１４０の外側にある個別のゾーン（「メインデバイススペースとしても知られる」）、すなわち、サーマルゾーン１４０の外側にあるシャーシ１４８の内側のスペースも含む。サーマルゾーン境界は、サーマルゾーン１４０の周囲を提供し、サーマルゾーン１４０をメインデバイス装置から分離する。サーマルゾーン境界は、ＨＶエンクロージャ内にあり、ＨＶエンクロージャ内の部分的な空気再循環を利用して維持されている。
【００５４】
サーマルゾーン１４０は、温度が名目上一定の温度（例えば、摂氏３５度または摂氏５５度）に維持される断熱エンクロージャ内の概念的なゾーンである。サーマルゾーン１４０は、以下のコンポーネントを含む：
ａ．キャピラリ１１２；
ｂ．ヒータ１２８；
ｃ．少なくとも１つの温度センサ１２６；
ｄ．ファン１２４；
ｅ．ＨＶ流体ブロック１１８；
ｆ．Ｃ４Ｄ１１４；
ｇ．以下に、図８を参照して詳述する、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６（これは熱境界を通過している）のＨＶ側にあるＨＶパワーモジュール６００；
ｈ．任意に、ＨＶ側のＨＶドレイン管（これもまた熱境界を通過している）；
ｉ．メイン流体ブロック１０８の、キャピラリ取付けネジがある部分。
【００５５】
シャーシ１４８は、後述する１つ以上の、手動で開くことができるカバー（「デバイスカバー」とも呼ばれる）を含む。シャーシ１４８は、静電蓄積を軽減するために、導電性コーティングを有する絶縁壁を含む。セーフティインターロック１４２は、デバイスカバーの１つが開いている場合（これは、除去されてる場合を含み得る）に、入力からＨＶ電源への電力を除去する（すなわち、切り離す）。
【００５６】
ＨＶ電源内に収容され得るＨＶ放電コンポーネント１４４は、抵抗器チェーン（例えば、直列の６個の１Ｇオーム７ｋＶ抵抗器）および／または放電抵抗を提供するような導電性フィラーを含む通常の絶縁材料として具体化することができ、例えば、セーフティインターロック１４２によって入力電力が除去されたときにＨＶ電源１２２が放電できるように放電経路を提供する。
【００５７】
ＨＶ放電コンポーネントは、コロナ放電を低減し、フリンジング電流を制御し、アーク放電が生じる可能性を低減するように管内の電圧勾配を制御する機構の一部であり得る。
【００５８】
検出器がＣ４Ｄ型である場合、Ｃ４Ｄ１１４は、Ｃ４Ｄが監視しているキャピラリ１１２の一部分における流体の複素導電率を測定する。キャピラリ１１２のこの監視部分は、Ｃ４Ｄ１１４を通過している。監視部分は、「監視区間」と呼ぶことができる。Ｃ４Ｄ１１４は、少なくとも２つの側面でキャピラリ１１４の監視部分を囲み、Ｃ４Ｄ１１４が、監視部分における流体の複素導電率変化を測定することによって、当該監視部分でキャピラリに沿って通過するイオンを測定することができるようにしている。Ｃ４Ｄ１１４は、ＡＣ信号が通過する２つの電極を含み、その中で、複素導電率が測定される。監視部分は、キャピラリ１１２の流体搬送内部と一致する（すなわち、位置が対応する）Ｃ４Ｄ１１４の２つの電極間のＡＣ電場によって画定される。キャピラリの監視部分１１４に到達したときに監視されるサンプル部分は、「監視サンプル部分」と呼ばれる。Ｃ４Ｄセンサ幅は、分子群の間に必要とされる間隔、例えば１ｍｍを決定する。
【００５９】
Ｃ４Ｄ１１４は、キャピラリのＨＶ端部にできる限り近く、典型的には、ＨＶ端から１０〜４０ｍｍの位置に配置されている。
【００６０】
Ｃ４Ｄ１１４は、ＨＶ電位を基準としている（すなわち、ＨＶ流体ブロック１１８の高電圧に等しい高電圧で充電されている）。これは、キャピラリ内の流体と、キャピラリ１１２の外側のＣ４Ｄ電極と、の間で「監視サンプル部分」にわたって高電圧降下が生じた場合に起こり得る、キャピラリ壁１１２の絶縁崩壊を回避または最小化するためである。このようにして、キャピラリ壁上の電圧降下を、キャピラリ１１２に対して指定された所定の絶縁破壊値以下とすることができる。Ｃ４Ｄ１１４、ＨＶ電位を基準としているので、該Ｃ４Ｄ１１４は絶縁電源１１６によって電力供給され、また、該Ｃ４Ｄ１１４は、当該Ｃ４Ｄ１１４内からＭＣＵボード１３２へ延びる光リンク１５２の形態の電気的絶縁通信接続を介して通信する（すなわち、データ転送のための電子信号を送受信する）。
【００６１】
絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６は、Ｃ４Ｄ１１４に電力を供給するために、直流（ＤＣ）絶縁電力を供給する。絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６は、ＨＶ電源１２２およびＣ４Ｄ１１４と接続されたＨＶ部分（受信機）を含む。絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６は、（絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６のＨＶ部分に接続された）システム１００のＨＶ側とシステム１００のＬＶ側との間の完全なＨＶ電位絶縁を橋渡しする。絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６は、ＬＶ側のバルク電源１３６に電気的に接続されて、Ｃ４Ｄ１１４に電力を伝送する。絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６およびＣ４Ｄ１１４は、ＨＶ電極において電気的に接続されている。
【００６２】
ＨＶ流体ブロック１１８は、検出キャピラリ１１２のＨＶ端部用の流体接続、任意のドレイン管１２０のＨＶ端部用の流体接続、および検出キャピラリ１１２用のＨＶ電極を提供する。ＨＶ流体ブロック１１８は、サーマルゾーン１１８内に取り付けられている。
【００６３】
ドレイン管１２０およびＨＶ流体ブロック１１８は、取り付けられている場合、検出キャピラリ１１２のＨＶ端部からドレイン１１０への導電性流体経路を提供する。ＨＶ接地（「ＧＮＤ」）電極は、ドレイン管１２０のＬＶ端部、すなわち「ドレイン端部」に接続されているが、これは、ドレイン１１０とほぼ同じ電圧であり、「低電圧」または「接地電圧」と呼ばれる。ドレイン１１０は、ＨＶ  ＧＮＤ電極１１０Ａの形態で低電圧点に電気的に接続されているので、ドレイン１１０ならびにドレイン１１０内（およびドレイン管１２０のドレイン端部内）のすべての流体は、ＬＶまたは接地電位のままである。ドレイン管１２０の長さは、約２メートルである。ドレイン管１２０のＩＤは、約６５μｍである。ドレイン管１２０は、端から端まで、検出キャピラリ１１２の電気抵抗とほぼ等しい電気抵抗を有する。ドレイン管１２０は、端から端まで、検出キャピラリ１１２の流体抵抗に基づいて選択される流体抵抗、例えば、検出キャピラリ１１２の流体抵抗の０．２倍（または１／５）の流体抵抗を有する。
【００６４】
ＨＶ電源１２２は、そのＨＶ側に、ＨＶ流体ブロック１１８を介して高電圧電力をＨＶマニホールド１１８および絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６に供給するＨＶ出力を含む。ＨＶ電源１２２は、システム１００に高電圧を供給し、その高電圧は、ＨＶ管理の要件とイオン速度とのバランスをとることによって選択され、例えば、３６〜４０キロボルト（ｋＶ）になるように選択される。
【００６５】
ＨＶ電源１２２は、典型的には、１００マイロクアンペア（μＡ）未満の低電流を供給する。
【００６６】
ＨＶ電源１２２は、サーマルゾーン１４０の容積を減らすために、サーマルゾーンの外側に取り付けられている。
【００６７】
ＨＶ電源１２２は、後述するように、ＭＣＵボード１３２からの制御信号によって制御される。ＨＶ電源１２２は、ＨＶ電源の動作を監視する目的で、電圧フィードバック信号および電流フィードバック信号をＭＣＵボード１３２に送信する。ＨＶ電源１２２からのＨＶ出力は、アーク保護を提供するために電流制限されると予測される。キャピラリ１２２の全長にわたって高電圧が加えられるように、ＨＶ出力は、ＨＶ流体ブロック１１８内のＨＶ電極１１８Ａに接続されている。ＨＶ  ＧＮＤ出力は、（任意のドレイン管１２０のＬＶ端部に接続している）ドレイン１１０内およびメイン流体ブロック１１８内の２つのＨＶ  ＧＮＤ電極１１０Ａにそれぞれ接続されている。ＨＶ  ＧＮＤ出力は、金属シャーシ１４８および複数のＧＮＤ電極１０８Ａ，１１０Ａに接続されている。
【００６８】
ＨＶ電源１２２は、以下のパラメータ値を有することができる：
ａ．０〜４０ｋＶ  ＤＣで調整可能である、４０ｋＶ  ＤＣのＤＣ出力電圧；
ｂ．５０ボルトピークトゥーピーク（Ｖ  ｐｋ−ｐｋ）未満の出力リップルおよびノイズ；
ｃ．ＥＮ５５０２２（ＣＩＳＰＲ２２）クラスＢ、ＦＣＣクラスＢ、ＥＮ６１０００−４−２，３，４，５，６，８，１１に準拠したＥＭＣ；および、
ｄ．−４０℃〜＋６５℃の動作温度。
【００６９】
ＨＶ電源１２２は、市販の電源とすることができ、例えば、米国UltraVolt, Incの40ａ12-Ｐ4またはSpellman IncのUm40P4とすることができる。
【００７０】
ファン１２４は、ヒータ１２８を通り、次にキャピラリ１１２の周囲に空気を送り、キャピラリ１１２の温度変化によって引き起こされる分離の変動を緩和する。
【００７１】
少なくとも１つの温度センサ１２６は、市販のコンポーネント（例えば、Texas InstrumentsのTPM100またはTE ConnectivityのMS8607）であり、後述するように、ＭＣＵボード１３２に接続されて、サーマルゾーン内の温度を管理する制御ループ用の温度情報を提供する。温度は、室温を超え得る公称温度（例えば、摂氏２５度または摂氏５５度）に制御され得る。
【００７２】
ヒータ１２８は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して生成された電気信号を使用してＭＣＵボード１３２によって制御される電気抵抗加熱素子である。このコンポーネントの実際の電力および形状因子は、２０ワットの最大熱出力を有するように選択される。これは、装置の動作温度範囲全体にわたって安定した温度を維持するために必要とされる最大電力と一致する。
【００７３】
埋め込み式コンピュータ１３４は、例えば、Microsoft Windows（登録商標）またはLinux（登録商標）などの利用可能なオペレーティングシステムを有するＰＣの形態とすることができ、あるいは、堅牢で強化された専用のオペレーティングシステムとすることができる。埋め込み式コンピュータ１３４は、ＭＣＵボード１３２と通信し、ユーザインタフェース（ＵＩ）を提供するためのＵＩプロセスを行う（または実行する）ためのプラットフォームを提供する。埋め込み式コンピュータ１３４は、オペレータにＵＩを提供するが、システム１００を開発し、試験し、あるいはデバッグしている人（「開発者」または「デバッガ」と呼ばれる人）は、デバッグボード１４６を使用してＭＣＵボード１３２にアクセスすることができる。
【００７４】
バルク電源１３６は、電源インレット１３８を介して入力としてＡＣ電源を受け取り、ＭＣＵボード１３２、ファン１２４、ＨＶ電源１２２、および絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６に電力を供給するのに適した出力としてＤＣ電圧（例えば、１２Ｖ）を提供する、スイッチング式電源（「スイッチドモード電源」としても知られる）とすることができる。電力インレット１３８は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）の標準の電源ケーブルおよびプラグを介して、標準のコンセント、例えば、壁コンセントに接続してそこから電力を受け取ることができる。バルク電源１３６は、以下のパラメータ値を有することができる：
ａ．１２ＶＤＣとして指定されたＤＣ出力電圧；
ｂ．１２０ｍＶ  ｐｋ−ｐｋとして指定された出力リップルおよびノイズ；
ｃ．２３０ＶＡＣ入力で測定された８９％の標準効率；
ｄ．８５〜２６４ＶＡＣのＡＣ入力電圧；
ｅ．４７〜６３ＨｚのＡＣ周波数範囲；
ｆ．ＵＬ６０９５０−１に承認された安全基準；
ｇ．ＥＮ５５０２２（ＣＩＳＰＲ２２）クラスＢ、ＦＣＣクラスＢ、ＥＮ６１０００−３−３、−３に準拠する電磁両立性（ＥＭＣ）；
ｈ．高温でのディレーティングの影響を受ける、−４０℃〜＋７０℃の作動温度；
ｉ．１５９×９７×３８ｍｍのサイズ（長さ×幅×高さ−Ｌ×Ｗ×Ｈ）。
【００７５】
バルク電源１３６は、適切なバッテリパックが装置に電源を供給できるように指定された低電圧ＤＣ−ＤＣコンバータでもあり得る。出力ＤＣ電圧（例えば、１２Ｖ）は、ＭＣＵボード１３２、ファン１２４、ＨＶ電源１２２、および絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６に電力を供給するのに適している。変換損失を回避するために、ヒータ１２８は、バッテリパックから直接電力供給されてもよい。
【００７６】
バルク電源１３６は、市販の電源、例えば、台湾のMEAN WELLの「HRP-150-12」の要素であるか、あるいはその要素を少なくとも組み込むことができる。
【００７７】
Ｃ４Ｄ１１４を含むシステム１００内の敏感なＨＶコンポーネントは、ファデーケージ内に電気的に封入することができ、ＨＶアセンブリ内に収容することができる。
【００７８】
ＭＣＵおよびＩＯボード１３２は、システム１００の他の電子コンポーネントおよび流体コンポーネントを制御するための電子インタフェースおよびコンピューティングリソースを提供する。ＭＣＵおよびＩＯボード１３２は、システム１００内の関連するバルブ、ポンプ、およびモータを制御することによって、本明細書に記載される溶出方法を制御する。ＭＣＵおよびＩＯボード１３２は、システム１００内のセンサからの測定値を表す信号を受信し、埋め込み式コンピュータ１３４と通信する。
【００７９】
システム１００内のセンサには：温度センサ１２６；Ｃ４Ｄ；ＨＶキャピラリのＬＶ端、グランドマニホールドの中間地点および取り付けられている場合はエアポンプ（の空気圧）で圧力を監視するための圧力センサが含まれる。
【００８０】
ＭＣＵおよびＩＯボード１３２は、埋め込み式コンピュータ１３４、Ｃ４Ｄ１１４、容積式ポンプまたはポンプ１５６、ヒータ１２８、ポートに接続されたデバッグ用コンピュータ１４６、センサおよびＨＶ電源１２２などの電源と通信するための、複数のＵＡＲＴ、ＡＤＣチャネル、ＤＡＣおよびＰＷＭチャネル、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）コントローラ、ＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インタフェース）インタフェース、タイマーおよびカウンターを含む。
【００８１】
特に、図２に示すように、ＭＣＵおよびＩＯボードは、以下のインタフェースを含む：
ａ．流体処理方法において、メイン流体ブロック１０８を制御するために、バルブおよびポンプ制御ライン１５４を介して送信する信号を生成する、（それぞれのインタフェース回路を有する）複数のソレノイドバルブ制御インタフェース２０２；
ｂ．流体処理方法において、容積式ポンプまたはポンプを制御するために、容積式ポンプライン１５６を介して送信する信号を生成する、（容積式ポンプ制御インタフェースを含む）ポンプ制御インタフェース２０６；
ｃ．インタフェースを制御するために、ボード１３２を介して容積式ポンプに送信する信号を生成する、（ＰＷＭインタフェースおよびデジタルインタフェースの形態の）複数のポンプ制御インタフェース２０４；
ｄ．例えば、非同期シリアルなどのシリアル通信基準を使用して通信するように構成されたＵＡＲＴを含む、埋め込み式コンピュータ１３４と通信するためのインタフェース２０８；
ｅ．バッファ付きＰＷＭ信号を提供するヒータ制御用のインタフェース（スイッチング式  １２Ｖ出力）２３２；
ｆ．Ｉ２Ｃ規格に従って動作する少なくとも１つの温度センサ１２６用のインタフェース（「オフボードセンサ」）２３４；
ｇ．例えば、ＨＶキャピラリの圧力を測定するための、メイン流体ブロック上の１つの圧力センサ用のインタフェースであって、Inter-Integrated Circuit（Ｉ２Ｃ）規格に従って動作するインタフェース（「オフボードセンサ」）２３４；
ｈ．光リンク１５２を介して通信するように構成されたユニバーサル非同期受信機／送信機（ＵＡＲＴ）を含む、光リンク１５２を介してＣ４Ｄ１１４と通信するためのインタフェース２１６；
ｉ．ＨＶ電源を制御するために、ＨＶ電源１２２に制御信号を送信するためのインタフェースであって、例えば、ＨＶ電源用の入力範囲に対応する選択された範囲、例えば０〜５Ｖの出力電圧を有するＤＡＣであるインタフェース２１８；
ｊ．ＨＶ電源１２２から電圧フィードバック信号を受信するためのインタフェースであって、例えば、ＭＣＵ上のＡＤＣ入力範囲に対応する選択された範囲、例えば０〜３Ｖの入力電圧を有するＡＤＣであるインタフェース２１８；
ｋ．ＨＶ電源１２２から電流フィードバック信号を受信するためのインタフェースであって、例えば、ＭＣＵ上のＡＤＣ入力範囲に対応する選択された範囲、例えば０〜３Ｖの入力電圧を有するＡＤＣであるインタフェース２１８；
ｌ．絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６に電力を送るためのインタフェース２３６（「スイッチング式  ５Ｖ出力」）。
【００８２】
ＭＣＵ（または「マイクロコントローラ」）は、１ＭＢの内臓フラッシュメモリ、１９２ＫＢのＳＲＡＭおよび６４ＫＢのデータＲＡＭを有する、ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４を含むことができる。ＭＣＵに含まれるメモリは、最大クロック速度、例えば１６８ＭＨｚで、ＭＣＵに、ＲＡＭ内の命令およびデータへのゼロウエイト−ステートアクセスを提供することができる。ＭＣＵは、データ収集、データ処理、および埋め込み式コンピュータ１３４とのデータ通信を実行するのに十分なＲＡＭを有することができる。このＭＣＵは、システム１００の他のコンポーネントと通信するための入力−出力インタフェースおよび周辺機器を有する。ＭＣＵは、市販のマイクロコントローラとすることができ、例えば、スイスのSTMicroelectronics N.V.（「ST」）のSTM32F405VGT6とすることができる。
【００８３】
ソレノイドドライバＩＣなどの集積回路（ＩＣ）は、それを使用して低電流のマイクロコントローラ出力を高電流の周辺機器に接続することができ、また、以下のパラメータ値および特徴を有することができる：
ａ．通常１．２Ａである、０．９〜２．５Ａの間の出力電流制限；
ｂ．通常０．５５Ｏｈｍ、最大１．１Ｏｈｍのオン抵抗；
ｃ．通常０．０７５Ａのソレノイド電流；
ｄ．過電圧保護および過電流保護、ならびに損傷なしに短絡ソレノイドコイルに耐える構成を含む、フォールトトレランス機能；
ｅ．サーマルシャットダウン機能、すなわち、過電流障害が発生した場合、内部温度が高くなり過ぎるとＩＣがオフになり、過電流障害がなくなると自動的に再起動する機能；
ｆ．各出力の状態に関する情報を表し、開放負荷と過電圧状態を表す診断信号の提供；
ｇ．ＩＣからの放射電磁放射を軽減し、ソレノイドコイルからの誘導過渡現象を軽減し、かつソレノイドドライバＩＣにかかる電気的ストレスを低減するための、負荷切り替え中の制御されたスルーレート；および、
ｈ．ＭＯＳＦＥＴＳおよび過電流軽減回路に基づく等価回路よりも少ない構成要素を可能にする、ＭＣＵに直接接続するためのインタフェース、およびＩＣごとのそれぞれの周辺機器用の複数（例えば、１６）の制御出力。
【００８４】
ソレノイドドライバＩＣは、市販のＩＣとすることができ、例えば、オランダのNXP Semiconductorsの「Freescale」MC33996とすることができる。
【００８５】
ハイサイドスイッチＩＣなどのＩＣを利用して、複数のＭＣＵ出力を、１２Ｖの高電流負荷を必要とするインタフェース２３２（「スイッチング式  １２Ｖ出力」）周辺機器に接続することができる。高電流負荷には：ＨＶ電源１２２；エアポンプ１３０；およびヒータ１２８が含まれる。このＩＣは、以下のパラメータ値および機能を有し得る：
ａ．（チャネルあたり）最大９Ａの出力電流制限；
ｂ．通常０．０５Ｏｈｍ、最大０．１Ｏｈｍのオン抵抗；
ｃ．過電圧保護および過電流保護、ならびに短絡負荷時の出力電流を制限する構成を含む、フォールトトラレンス機能；
ｄ．サーマルシャットダウン機能、すなわち、過電流障害が発生した場合に、内部温度が高くなり過ぎるとＩＣがオフになり、過電流障害がなくなると自動的に再起動する機能；
ｅ．各出力の出力電流に関する情報を表し、かつ障害状態を表す診断信号の提供；および、
ｆ．ＩＣからの放射電磁放射を軽減し、高電流負荷からの誘導性過渡現象を軽減し、かつＩＣ上の電気的ストレスおよびオンボード電源への干渉を軽減するための、負荷切り替え時のスルーレート制御（または「スロープ制御」）。
【００８６】
高電流１２Ｖインタフェースは、市販のＩＣ、例えば、スイスのSTのVNQ7050とすることができる。
【００８７】
ハイサイドスイッチＩＣなどのＩＣを使用して、ＭＣＵの制御信号を、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６などの５Ｖ電力を必要とする周辺機器に接続することができる。ハイサイドスイッチは、以下のパラメータ値と特性を有し得る：
ａ．０．５〜５Ａの出力電流制限；
ｂ．通常０．０２２Ｏｈｍ、最大０．０３５Ｏｈｍのオン抵抗；
ｃ．過熱保護および過電流保護、ならびに損傷なしに短絡出力に耐える構成を含む、フォールトトレランス機能；
ｄ．ＭＣＵへの診断出力の提供を含む診断機能；
ｅ．出力の障害が他の出力に干渉したり、そうでなければＩＯボードを危険にさらしたりしたいようにするための、電流出力設定。
【００８８】
ハイサイドスイッチＩＣは、市販のＩＣとすることができ、例えば、Texas InstrumentsのTPS2557とすることができる。
【００８９】
ＭＣＵへの汎用入力２３８（「汎用入力×１２」）は、スイッチ検出インタフェースを含み、これは、最大２２個の入力状態を読み取り、読み出し状態を表す情報をＳＰＩインタフェース（インタフェース２３８、「入力受信機」内）経由でＭＣＵに転送することができ得る。統合機能は、次のものを含み得る：
ａ．濡れ電力：ＩＣは、各スイッチ入力に１２Ｖまでの定電流プルアップまたはＧＮＤへのプルダウンを提供する。これによってスイッチ接点を通る既知の濡れ電流が提供され、スイッチ接点の有効寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる；
ｂ．アナログ測定：ＩＣは、任意の入力チャネルをアナログ入力ピンに切り替えることができ、ＭＣＵが任意の入力チャネル上の電圧を測定することを可能にする。これは、ＭＣＵボード１３２内のアナログ入力の数を拡張するために使用することができる；
ｃ．フォールトトレランス：ＩＣは、すべての入力における静電気放電（ＥＳＤ）および過電圧から保護されている。
【００９０】
スイッチ検出インタフェースは、市販のＩＣとすることができ、例えば、Freescale SemiconductorのMC33978とすることができる。
【００９１】
図３に示すように、ＭＣＵボード１３２は、バルク１２Ｖ電源からの入力電力をＭＣＵボード１３２で使用する複数のより低い電圧に変換するための、複数のオンボード電源３００を含む。電源３００は、リニア（ＬＤＯ）および切り換え型の電源を含む。アナログ回路にクリーンな電源を供給するために低ノイズのリニアレギュレータが含まれており、切り替えレギュレータは、次のような様々な負荷に高電流の５Ｖ電源を供給する：
ａ．５Ｖ電源３０２；
ｂ．それぞれ最大３００ｍＡの、２つの独立した３．３Ｖデジタル電源３０４Ａ，３０４Ｂ；
ｃ．３．３Ｖアナログ電源３０６；および、
ｄ．７Ｖ電源３０８。
【００９２】
５Ｖ電源３０２は、５Ｖまたは３．３Ｖで最大３．５Ａを供給するための、１つ以上の同期バックレギュレータＩＣ（例えば、市販のLT8610）を含み、それは以下の機能を提供するように選択される：
ａ．１２Ｖから５Ｖまたは３．３Ｖに変換するときに９０％を超える効率性；
ｂ．５Ｖ電源が落ちた場合にマイクロコントローラが正しくリセットされるように、５Ｖ電源から給電される他のレギュレータのパワーオンシーケンスを制御する「パワーグッド」出力；
ｃ．スイッチングノイズが他の敏感な測定に干渉しないようにマイクロコントローラがスイッチング周波数を設定することができるように、例えば、マイクロコントローラによって提供される外部クロックからの信号を受信するためのクロック入力。
【００９３】
２つの独立した３．３Ｖ電源は、低ノイズ電源であり、例えば、以下の機能を提供するように選択されたデュアルリニアレギュレータ（例えば、市販のISL9012）である：
ａ．３．３Ｖ電源の１つがアナログ回路に電力供給するがための低出力ノイズ；
b．３．３Ｖ電源の他方がＭＣＵのリセット入力を制御するがためのマイクロコントローラリセット。
【００９４】
７Ｖ電源は、低ノイズタイプであっても、コントローラボードＰＣＢ上のアナログ回路に電力を供給することができる。リニアレギュレータ（例えば、市販のTPS7A4101）またはスイッチング＋／−７Ｖ電源を使用して、ＤＡＣおよび他のアナログコンポーネント内の演算増幅器（オペアンプ）に最大５０ｍＡを供給することができる。
【００９５】
上述したように、ＭＣＵおよびＩＯボード１３２は、システム１００内のセンサから測定値を表す信号を受信するが、システム１００内のセンサには：温度センサ１２６；Ｃ４Ｄ１１４；アナログ圧力センサ（例えば、ホイートストーンブリッジ型）；およびデジタル圧力センサ（アイ・スクウェア・シー型）が含まれる。
【００９６】
センサブリッジインタフェース（または「ブリッジセンサインタフェース」）は、圧力センサまたはロードセルなどのホイートストンブリッジタイプのセンサを測定するために使用することができる。センサブリッジインタフェースは、（コンポーネント数を減らし、典型的なマルチチップ実装よりも性能を向上させるために）オンチップに一体化された以下の機能を有する：
ａ．高分解能ＡＤＣ：一体型の２４ビットＡＤＣは、スケーリングおよび直線性のエラーを伴うフロントエンドアンプを必要とせずに、センサブリッジからＭＣＵへの出力を直接デジタル化する；
ｂ．非常に低いドリフトおよびオフセットを提供するための一体型の自己較正；
ｃ．５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、および帯域外ノイズを除去するための、一体型のデジタルフィルタ；および、
ｄ．複数のブリッジセンサがＭＣＵボード１３２の単一のＩ２Ｃバスに接続し、これによってＰＣＢの複雑性および外部配線を減少させることができる、一体型のＩ２Ｃインタフェース。
【００９７】
センサブリッジインタフェースは、市販のＩＣ、例えば、Liner TechnologyのLT2485を含み得る。
【００９８】
単純なガス抜きフィルタの代わりにガス抜きマニホールドを使用する場合、後述するように、真空アキュムレータ内の絶対圧力を維持するために圧力センサが必要である。圧力センサは、電気配線および電気ノイズに対する感度を最小限に抑えるために、ＭＣＵボード１３２に取り付けることができる。圧力センサは、ピエゾ抵抗検知素子を含む。圧力センサは、較正されており、温度補正されている。圧力センサは、圧力と供給電圧に正比例した出力を提供する。圧力センサは、ＭＣＵボード１３２のＰＣＢに直接はんだ付けされたデュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）に収容されている。圧力センサは、空気／真空ポンプ１３０の出力に接続されている可撓性チューブに接続するために、そのケース本体の側面から突出する有刺ポートを有する。圧力センサは、市販のＩＣ、例えば、HoneywellのHSCDRNN030PAAA3とすることができる。
【００９９】
図２に示すように、ＭＣＵボード１３２は、シャーシ１４８が水平面、すなわち重力横断面上にあるかどうかを判定するためにシステム１００が使用する、３軸加速度計回路２３０（３つの直交次元に整列した３つの線形加速度計またはトランスデューサを含む）を含む。通常の静水圧動作条件を維持し、サンプル入力ブロック１０２の正しい動作を維持するために、システム１００を選択された向き（すなわち、傾いていない）で動作させることが望ましい場合がある。加速度計回路２３０は、Ｘ，Ｙ，およびＺ軸加速度情報を表す電子信号をＭＣＵに提供し、ＭＣＵは、重力の向きを分析することによって傾斜の程度を決定する。加速度計回路２３０は、Ｉ２Ｃバスを介してＭＣＵと通信するためのＩ２Ｃインタフェースを含む、ＭＣＵボード１３２上に搭載することができる。加速度計回路２３０は、市販の加速度計、例えば、FreescaleのMMA8451Qを含む。
【０１００】
Ｃ４Ｄ１１４は、後述するように、監視部分内の流体の電気複素導電率を測定する。監視部分は、キャピラリ１１２の一部である。Ｃ４Ｄ１１４は、容量結合電極によって、監視部分に加えられる可変周波数正弦波ＡＣ刺激の大きさおよび位相を測定する。
【０１０１】
図４に示すように、容量結合電極は、前述のコンデンサを形成する一対の電極、すなわち、送信（Ｔｘ）電極４０２および受信（Ｒｘ）電極４０４である。Ｔｘ電極４０２および受信電極４０４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリとして製造することができる。容量結合電極は、それらを貫通するキャピラリ１１２を有するプリント回路基板上のスルーホールをメッキされ、ＰＣＢ間に挟まれた非導電性のスペーシング材料によって、例えば１ｍｍのように僅かな距離をあけて配置されている。Ｃ４Ｄ１１４は、２つの電極４０１，４０４間の不所望のクロストークを減らすために、Ｔｘ電極４０２とＲｘ電極４０４との間に取り付けられた電気スクリーン４１８（「アクティブシールド」とも呼ばれる）を含んでいる。電気スクリーン４１８は、ＴｘとＲｘの両方のＰＣＢ上の接地面である。
【０１０２】
ＡＣ刺激は、Ｔｘ電極４０２に送信される正弦波刺激波形（「Ｔｘ信号」と呼ばれる）を含み、結果として生じるＡＣ電流はＲｘ電極４０４で測定される。結果として生じるＡＣ電流は、監視部分における流体複素導電率を表し、かつそれに比例する。
【０１０３】
Ｔｘ信号は周波数を有し、この周波数は、最良の識別および感度、ならびに、例えば公称１．００１ＭＨｚの雑音耐性を提供するように、Ｔｘ電極４０２およびＲｘ電極４０４の幾何学的形状に基づいて選択される。
【０１０４】
Ｒｘ電極４０４からのＲｘ信号は非常に小さく、２ｕＡ未満の感知された電流の形態であるので、図４に示すように、Ｃ４Ｄ１１４は、Ｒｘ電極４０４からのＲｘ信号を増幅してＲｘ電圧信号に変換するために、低ノイズトランスインピーダンスアンプの形態のＲｘ増幅器４０６を含む。
【０１０５】
Ｃ４Ｄ１１４は、Ｒｘ増幅器４０６からＲｘ電圧信号を受信し、Ｒｘ電圧信号をデジタル化（または「サンプリング」）し、その結果得られたデジタル化Ｒｘ信号をＣ４Ｄプロセッサ４１０に送信する、Ｒｘ ＡＤＣ回路４０８（アンチエイリアシングフィルタおよびＡＤＣを含む）を含む。ＲｘＡＤＣ回路４０８は、毎秒１００メガサンプル（ＭＳｐｓ）の高速コンバータである。
【０１０６】
Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、ＡＤＣ回路４０８，４１２からの信号を連続的に読み取り（または受信し）、これらの受信されたデジタル信号をフィルタリングおよび変換し、監視部分の複素導電率情報（すなわち、複素導電率値）を抽出するために、（後述する）Ｃ４Ｄ信号処理方法を連続的に実行する。Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、抽出された複素導電率情報を表す信号を生成し、光リンク１５２を介してＭＣＵボード１３２に送信する。Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、デジタル化されたＲｘ信号をフィルタリングし、結果としてのフィルタリングされたデジタルＲｘ信号を（電子的大きさおよび位相信号によって表される）大きさおよび位相情報に変換することを含む、Ｃ４Ｄ信号処理方法を実行するように構成された、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
【０１０７】
Ｃ４Ｄ１１４は、Ｃ４Ｄプロセッサ４１０に接続されたＴｘＤＡＣ４１４を含む。Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、ＴｘＤＡＣ４１４を駆動して、Ｔｘ電極４０２用の励起信号（例えば、１．００１ＭＨｚの正弦波）を生成する。励起信号は、Ｒｘ電極４０４における信号対雑音比を改善するために、高振幅（例えば、２５Ｖ  ｐｋ−ｐｋ）を有する。ＤＡＣ４１４からの励起信号は、Ｔｘフィルタ回路４１６を通過して、Ｔｘ電極４０２およびＴｘＡＤＣ回路４１２に対するＴｘ信号を生成する。
【０１０８】
Ｃ４Ｄ１１４はまた、Ｔｘ信号、すなわち、Ｔｘ電極４０２に送信されたものと同じＴｘ振動を受信する、ＴｘＡＤＣ回路４１２（ＲｘＡＤＣ回路４０８のアンチエイリアシングフィルタ、バッファおよびＡＤＣと同様の、アンチエイリアシングフィルタ、バッファおよびＡＤＣを含む）を含む。ＴｘＡＤＣ回路４１２は、Ｔｘ信号をデジタル化し、結果としてのデジタル化されたＴｘ信号をＣ４Ｄプロセッサ４１０に送信し、Ｃ４Ｄプロセッサは、デジタル化されたＴｘ信号を使用して、Ｃ４Ｄ信号処理方法におけるＣ４Ｄ１１４のＴｘＤＡＣおよびＲｘＡＤＣ間のアナログセクション内のゲイン誤差および温度ドリフトを補償する。
【０１０９】
図４に図示していないが、補助的な低速ＡＤＣは、Ｃ４Ｄ１１４内のＣ４Ｄ供給電圧を測定し、結果として得られる測定供給電圧は、Ｃ４Ｄ処理方法における信号相関を通じて電源変動の影響を補正するために使用され得る。補助的なＡＤＣは、ＳＰＩインタフェースを介してＣ４Ｄコントローラ４１０と通信することができ、市販のＡＤＣ、例えば、Ｌｉｎｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製のＬＴＣ１４０８とすることができる。
【０１１０】
ＤＡＣ４１４は、スプリアス高調波または画像生成物の生成を軽減するために、ＡＤＣ回路４０８，４１２と同じサンプルレートで動作する。ＤＡＣは、差動電流出力を有し得る。電流を電圧に変換するために、ＤＡＣ出力はグランドへの抵抗で終端されている。ＤＡＣは、市販のＤＡＣ、例えば、Analog devicesのAD9704とすることができる。
【０１１１】
Ｔｘ電極４０２とＲｘ電極４０４との間の接続は高抵抗であり；Ｔｘ電極４０２は、ＳＮＲを改善するために高振幅で駆動される。ＤＡＣ４１４からの励起信号は、Ｔｘフィルタ回路４１６によってフィルタ除去されるサンプリングクロック４２０からの高周波ノイズを有する。
【０１１２】
図６に示すように、Ｔｘフィルタ回路４１６は：低域フィルタ（ＬＰＦ）の形態のアンチエイリアシングフィルタ４１７Ａと、バンドパスフィルタおよびバッファを提供するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１７Ｂと、を含む、２段フィルタである。ＤＡＣ４１４の差動出力は、（ＬＰＦ）４１７Ａ内のＴｘフィルタ回路４１６の負荷抵抗器で終端され、各出力に公称フルスケール電圧（例えば、＋４００ｍＶ）を与える。２段フィルタの公称ゲインは、クリッピングなしにＴｘフィルタ回路４１６の出力オペアンプをフルスケールに駆動するように選択される（例えば、約２５Ｖ  ｐｋ−ｐｋ）。ＢＰＦ４１７Ｂ内のＴｘフィルタ回路４１６の出力オペアンプは、（ｉ）Ｔｘ電極４０２のキャパシタンス、および（ｉｉ）ＰＣＢトラッキングから出力オペアンプを分離するために、抵抗直接終端Ｒ５５を有する。Ｔｘフィルタ回路４１６の出力オペアンプは、＋１５Ｖ電源で動作するデュアルオペアンプとすることができ、これは、低ノイズ（１７５ＭＨｚ  ＧＢＷ、２３０Ｖ／ｕｓスルーレート、１０ナノボルト／平方根ヘルツ（ｎＶ／√Ｈｚ））で高速であり、高出力駆動である。Ｔｘフィルタ回路４１６の出力オペアンプは、市販のオペアンプ、例えば、ＴＩ  ＴＨＳ４０８２とすることができる。
【０１１３】
図７に示すように、Ｒｘ増幅器４０６は、フロントエンドバッファとして低ノイズＪＦＥＴトランジスタを含み、その後に、オペアンプ段が続く。ＪＦＥＴは、オペアンプ段よりも低ノイズを有することができるため、ハイブリッド回路は、オペアンプ段のみの場合よりも優れた特性を有し得る。回路Ｒｘ増幅器４０６のゲインは、例えば、入力電流１μＡあたり１００ｍＶの出力を与えるように設定される。オペアンプは、高速（例えば、２１５ＭＨｚ  ＧＢＷ、７０Ｖ／ｕｓ）で、非常に低い電圧ノイズ（例えば、１．１ｎＶ／ＶＨｚ）を有するオペアンプとすることができ、市販のオペアンプ、例えば、LT6236IS6とすることができる。入力ノードにおける浮遊容量の影響を緩和するために、スクリーン４１８（または「アクティブシールド」）が、Ｒｘ増幅器４０６内のオペアンプ回路上に配置されている。スクリーン４１８は、Ｒｘ増幅器４０６の出力のＤＣ成分で駆動されるので、スクリーン４１８から入力ノードへのいかなる浮遊容量も事実上充電されない。低域フィルタは、出力の高周波成分除去し、ＤＣ電圧を残してスクリーン４１８を駆動する。
【０１１４】
ＡＤＣ回路４０８、４１２は、差動ノイズ除去のために送信信号および受信信号を同時にサンプリングすることを可能にするデュアルチャネルＡＤＣを含む。デュアルチャネルＡＤＣは、目標ＳＮＲを達成するのに十分なサンプルレートと精度を備えている。後述するように、Ｃ４Ｄコントローラ４１０における後続のフィルタリングおよびデシメーションは、オーバーサンプリング理論で説明したように、より低いサンプルレートかつより高い精度で出力が生成される。デュアルチャネルＡＤＣは、市販のＡＤＣ、例えば、MaximのMAX19516とすることができる。
【０１１５】
ＡＤＣ回路４０８，４１２はそれぞれ、各ＡＤＣの入力を駆動するためのアンチエイリアシングフィルタおよびバッファを含む。アンチエイリアシングフィルタは、そうでなければサンプリングされたデータ内に不要な画像、特に測定される信号と同じ周波数で画像周波数を生成するノイズを生成する、ＡＤＣのナイキスト周波数を超える周波数をロールオフする（例えば、１００〜９９＝１ＭＨｚ）。アンチエイリアシングフィルタは、このノイズを減衰させて、Ｃ４Ｄ測定への影響を低減する。オペアンプの正負の入力ピンの入力インピーダンスは、同相モード除去比を得るためにマッチングされる。オペアンプは、市販のオペアンプ、例えば、ＴＩ  ＴＨＳ４５１２とすることができる。
【０１１６】
図８に示すように、Ｃ４Ｄ１１４は、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６のＨＶ電源モジュール６００内の複数の異なる電源から電力を受け取る。
【０１１７】
絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６は：絶縁エンクロージャ１４０の外側に取り付けられた無線電力送信機モジュールと、Ｃ４Ｄ１１４の外側に取り付けられた受信機モジュールと、を含む。Ｃ４Ｄモジュールを囲う絶縁エンクロージャは、送信機モジュール（ＬＶ）と受信機モジュール（ＨＶ）との間を絶縁し、ＬＶ側とＨＶ側との間に最低６０キロボルト（ｋＶ）の絶縁をもたらしている。絶縁材は、断熱タイプのもの（例えば、１７０ｍｍを超える沿面距離を有する、厚さ１０ｍｍの透明ＰＶＣ）とすることができる。受信機モジュールの受信機コイル６０２は、送信機モジュールの送信機コイルと同じ物理的サイズとすることができ、これにより、異なるサイズのコイルと比べて結合効率および分離許容度が向上する。無線電力伝送モジュールは、Ｃ４Ｄモジュールに最大１Ａで＋５Ｖを供給することができ、市販のモジュール、例えば、Wurth bq500212AEVN-550（送信機）およびｂｑ５１０１３ＢＥＶＭ−７６４（受信機）に基づくことができる。
【０１１８】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６のＨＶ電源モジュール６００は、受信機コイル６０２から電力を受信し、出力電源６０６に電力（例えば、接地および＋５Ｖ）を供給する、無線電源受信機６０６を含む。
【０１１９】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、Ｃ４Ｄ内のＡＤＣのフロントエンドおよびオペアンプバッファに電力を共有するためのアナログ（低ノイズ）電源（例えば、最大１００ｍＡで３Ｖ）を含む。アナログ（低ノイズ）電源は、電圧監視ＩＣによって制限されるイネーブル入力を有するので、無線電力受信機６０４からの給電がなくなった場合には、アナログ（低ノイズ）電源が正常に再起動される。アナログ（低ノイズ）電源は、リニアレギュレータＩＣを含むことができ、市販のＩＣ、例えば、UI1,ADP151-3.0Vとすることができる。
【０１２０】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、Ｒｘ増幅器４０６用の低ノイズ電源を含む。ブーストコンバータを含むこの電源は、無線電力受信機６０４からの入力（例えば、５Ｖ）よりも高い中間電圧（例えば、６Ｖ）を供給するためのものであり、それは、その後、低ノイズ線形レギュレータによって（例えば、５Ｖに）調整される。ブーストコンバータは、Ｃ４Ｄ１１４の測定帯域幅内で電圧調整器からのスイッチングノイズを軽減するために同期入力を有する（そのため、スイッチング周波数は、Ｃ４Ｄコントローラ４１０からの外部基準にロックされ得る）。ブーストコンバータは、電圧監視ＩＣによって制御されるイネーブル入力を有するので、無線電力受信機６０４からの給電がなくなった場合には、アナログ（低ノイズ）電源が正常に再起動される。ブーストコンバータは、市販のコンバータ、例えば、Texas InstrumentsのTPS55340とすることができる。線形レギュレータは、フロント−エンド増幅器に電力を供給するので低ノイズにすることができる。線形レギュレータは、ブーストコンバータ出力（例えば、６Ｖ）と適合する入力電圧範囲を有することができる。線形レギュレータは、市販のレギュレータ、例えば、Analog DevicesのADP7142-5.0Vとすることができる。
【０１２１】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、Ｃ４Ｄコントローラ４１０用のコア電源を含む。コア電源は、Ｃ４Ｄコントローラ４１０の特定の電力要件に基づいて選択される。プログラマブルデジタルコアに対して１．１Ｖの電源を必要とする、Altera Cyclone V FPGAの形態のＣ４Ｄコントローラ４１０の場合、コア電源は、市販のモジュール、例えば、EN6337QIとすることができる。
【０１２２】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、内部ＰＬＬを含むＣ４Ｄプロセッサのコンポーネント用のデジタル電源と、ＡＤＣ４０８、４１２およびＤＡＣ４１４と通信するＩＯバンクと、を含む。このデジタル電源は、２．５Ｖを供給することができる、電源モジュールは、市販のモジュール、例えば、AlteraのEP53A8HQIとすることができる。
【０１２３】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、Ｃ４Ｄボード上のその他の種々のデジタル回路およびコンポーネントに（例えば、３．３Ｖで）電力を供給するためのデジタル電源を含む。これらのその他の種々のコンポーネントには、Ｃ４Ｄプロセッサ４１０の構成フラッシュメモリ、ＪＴＡＧインタフェース、クロック発生器４２０、および光送受信機４２２（光ファイバ送受信機、または自由空間光送受信機、例えばＬＥＤおよび光検出器とすることができる）が含まれる。
【０１２４】
図８に示すように、絶縁型Ｃ４Ｄ電源１１６の出力電源６０６は、送信バッファ電子機器、例えば、ＰＣＢ搭載モジュール（Ｕ８，ＮＴＡ０５１５ＭＣ）に電力を供給するためのアナログ送信バッファ電源を含み、最大３３ｍＡで＋／−１５Ｖを供給する。アナログ送信バッファ電源には、オペアンプにクリーンな電源を提供するためのパッシブＬ−Ｃネットワークが含まれている。
【０１２５】
デジタル電源、その他の種々のデジタル電源およびアナログ送信バッファ電源はすべて、単一の電源モジュール、例えばAlteraのEP53A8HQIによって提供することができる。
【０１２６】
図４に示すように、Ｃ４Ｄ１１４は、光リンク１５２を介して通信するための光送受信機４２２を含む。Ｃ４Ｄ電子機器に高電圧（例えば、４０ｋＶ）が存在することにより、ＭＣＵボード１３２との通信は、電気的に絶縁している非同期シリアル光リンク１４２を介して行われる。光リンク１５２は、一対のプラスチック光ファイバを含むことができる。光リンク１５２は、ＨＶエンクロージャの光学的に透明な部分を含むか、またはそれとすることができる。光送受信機４２２は、光送信機および光受信機を含む。光送受信機４２２は、Ｃ４Ｄ  ＰＣＢ上の１つ以上のモジュールの形態であり得る。光送信／受信モジュールは、以下を有する：
ａ．プラスチック光ファイバケーブルまたは透明エンクロージャと互換性のある動作波長（例えば、可視赤色、例えば、６５０ｎｍ）；
ｂ．光ケーブルまたはエンクロージャと接続するための一体型光コネクタまたはロケータ；
ｃ．Ｃ４Ｄプロセッサ４１０への直接論理接続（例えば、３．３Ｖ  ＣＭＯＳ論理）；および、
ｄ．すべての必要なデータを転送するのに十分なデータレート（例えば、約３Ｍｂｐｓ）。
【０１２７】
光送受信機４２２は、市販のモジュール、例えば、Everlightの部品番号（p/n） PLT133/T10WまたはSunLEDのXZM2ACR78W送信機およびEverlightのp/n PLR135/T受信機を含むことができる。
【０１２８】
Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、以下の機能を提供する：
ａ．後述するＣ４Ｄ信号処理方法を実施するのに十分な機能性；
ｂ．低消費電力；
ｃ．Ｃ４Ｄ  ＰＣＢに適したパッケージ；および
ｄ．適切な温度範囲、例えば、工業用温度範囲装置（−４０℃〜＋８５℃）。
【０１２９】
図５に示すように、Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、検出されたＲｘ信号と検出されたＴｘ信号（「ノイズ」とも呼ばれる）の両方の、同相（「Ｉ」）および直交（「Ｑ」）信号成分を分離する位相敏感検出器を含む。
【０１３０】
Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、Ｃ４Ｄ信号処理方法を連続的に実行して、受信したデジタル信号をフィルタリングして変換し、監視部分の導電率情報（すなわち、導電率値）を数学的に抽出する。
【０１３１】
Ｃ４Ｄ信号処理方法において、Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は以下の機能を実行する：
ａ．励起信号を表すデータを生成する；
ｂ．構成および通信のためにＡＤＣ回路４０８，４１２およびＤＡＣ４１４を制御する；
ｃ．ＡＤＣ回路４０８，４１２からのデータストリーミングから、複素導電率情報（すなわち、複素導電率値）を抽出する；および、
ｄ．光リンク１５２を介してＭＣＵと通信する。
【０１３２】
図５に示すように、Ｃ４Ｄ信号処理方法では、Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、ＤＤＳモジュール５０２内のＤＤＳ（直接デジタル合成）を使用して、正弦波周波数よりも実質的に高いサンプルレート、例えば、１００ＭＨｚで、高周波数（例えば、１．００００ＭＨｚおよび１．０００１ＭＨｚ）で励起正弦波および混合正弦波を表す信号を生成する。プロセッサ４１０は、励起正弦波を使用して、送信（または「励起」）信号５０６を生成し、それは、ＤＡＣ−出力ポートを介してＤＡＣ４１４に送信される。プロセッサ４１０は、混合正弦波を使用して、後述する受信処理経路で使用するための混合信号を生成する。低レベル（例えば、０．５または１ビッド）の疑似ランダムノイズ信号は、乱数発生器（ＲＮＧ）によって発生し、加算器によって可算され（「＋」）、ＲＮＧ加算器モジュール５０４によって励起信号になる。追加されたノイズ信号は、ＤＡＣ４１４におけるＤＡＣ量子化の高調波効果を低減することができる。図４に示すように、送信信号５０６は、ＤＡＣ４１４からＴｘフィルタ回路４１６を通過し、次いで２つの経路に分かれる：（１）送信電極４０２から受信電極４０４へ、そしてＲｘＡＤＣ回路４０８への物理的伝送経路；および（２）物理的伝送経路の少なくとも一部をシミュレートする、ＴｘＡＤＣ回路４１２内の減衰器およびフィルタ電子部品を通るシミュレート伝送経路。ＲｘＡＤＣ回路４０８およびＴｘＡＤＣ回路４１２からそれぞれ得られる２つの受信信号５０８および５１０は、プロセッサ４１０によって受信され、後述するように同様に処理され、光シリアルリンク５３０において４つの出力信号（これらの４つの出力信号は、物理伝送経路を通る位相と振幅、およびシミュレーション伝送経路を通る位相と振幅を表す）を与え、処理中に差動ノイズキャンセルを適用してエレクトロフェログラムを作成することができるようにする。
【０１３３】
各受信信号（５０８および５１０）は、ミキサ５１２を使用して混合信号と算術的に乗算されて、受信信号の励起周波数成分をＩＦ（中間周波数）、例えば、１ＭＨｚ〜１００Ｈｚに低減する。これにより、次の信号処理ステップで必要とされる１秒あたりの計算数を減らすことができる。放射電磁妨害を減少させ、受信する電磁干渉の影響を減少させるために、周波数変調「スペクトル拡散」が、スペクトル拡散成分５１４によって励起信号および混合信号に加えられ、それによって励起周波数が狭い範囲、例えば、１ｋＨｚにわたって急速にシフトされる。スペクトル拡散周波数変調を励起信号および混合信号の両方に加えると、周波数変調が相殺され、その結果、ミキサ５１２の出力は、再び単一の未変調の周波数成分を有することになる。
【０１３４】
デシメーションおよび低域フィルタの２つのステップは、フィルタ５１６および５１８をデシメートすることによって連続して実行され、サンプルレートを、例えば１００ＭＨｚ〜１０ｋＨｚの管理可能な周波数に下げる。次に、ＩＦ信号は、９０度の差動位相を有する正弦波（ＤＤＳモジュール５２２によって生成される、同相および直角位相、またはＩおよびＱ混合信号）と（ミキサ５２０によって）混合される。この混合ステップは、ＩＦ正弦波の最大値、最小値、およびゼロ交差点だけではなく、減少したサンプルレートで確かめることができる受信信号の位相および大きさ成分を生成することによって、最終結果の信号対雑音比を効果的に増加させる。Ｉ信号およびＱ信号は、ＩＦとＶＱとの混合周波数の和（例えば、１００Ｈｚおよび１００Ｈｚで２００Ｈｚを生成する）であるミキサ５２０の周波数結果を中心にして、フィルタ５２４によってバンドパスフィルタリングされる。処理ブロック５２６によって実行される処理は、逆正接アプリケーション、象限検出、および微分を含み、位相の変化を決定する（図５には不図示）。処理ブロック５２６によって実行される処理は、平方アプリケーション、合計、平方根を含み、振幅を決定する。処理ブロック５２６からの振幅信号および微分位相信号は、光シリアルリンク５３０を通過する前に、フィルタ５２８によってさらにローパスフィルタリングされる。ユーザインタフェースに渡される結果情報は、流体が電極４０２、４０４を通過するときの該流体の導電率を含むエレクトロフェログラム信号となり、溶出液中のサンプル量を表す。
【０１３５】
Ｃ４Ｄプロセッサ４１０は、市販のＦＰＧＡ、例えば、１９×１９ｍｍのＧＢＡパッケージに入ったAltera Cyclone V p/n 5CEFA5U19L7Nとすることができる。
【０１３６】
図９に示すように、ＭＣＵには以下のソフトウェア層が含まれている：
ａ．アプリケーションロジック層７０２；
ｂ．ドライバ層７０４；
ｃ．ハードウェアアブストラクション層（ＨＡＬ）７０６；
ｄ．ハードウェア層７０８；および、
ｅ．外部デバイス層７１０。
【０１３７】
アプリケーションロジック層７０２は、ドライバの初期化、イベントの処理、センサデータの読み取りおよび記録を含む、システム１００の動作の制御および調整を行う。アプリケーションロジック層７０２における各アプリケーションは、アプリケーション層構成要素を分離させるために、別々のタスクとして実行される。
【０１３８】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、該アプリケーションロジック層７０２内のモジュールの全体的な調整を管理し、埋め込み式コンピュータ１３４および／または（デバッグポート１４６を介して）外部のコンピュータとの通信を管理する、システムファームウェアモジュール７１２を含む。このシステムファームウェアモジュール７１２は、以下を含む入力を受信する：（ｉ）埋め込み式コンピュータ１３４からのスクリプトコマンド；（ｉｉ）外部の（診断）コンピュータからのコマンド；および（ｉｉｉ）ファームウェアマネージャからの出力。このシステムファームウェアモジュール７１２は、以下の出力を生成する：（ｉ）埋め込み式コンピュータ１３４への応答およびデータ；（ｉｉ）診断コンピュータへの応答およびデータ；ならびに（ｉｉｉ）ファームウェアマネージャへのコマンド（スクリプト入力）。
【０１３９】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、ＨＶ電源１２２の閉ループ制御を制御する、ＨＶマネージャモジュール７１４を含む。ＨＶマネージャモジュール７１４は、以下の入力を取り込む：制御スクリプトからの目標ＨＶ電圧；（ＡＤＣドライバ７１６を介した）ＨＶ電源１２２からのＨＶ電圧フィードバック；（ＡＤＣドライバ７１６を介した）ＨＶ電源１２２からのＨＶ電流フィードバック；ＨＶマネージャモジュール７１４は、（例えば、ＤＡＣドライバ７１８を介して）ＨＶ電源１２２への制御信号を生成することができる。
【０１４０】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、容積式ポンプへのインタフェースを処理するポンプマネージャモジュール７２０，７２６，７３０，７３４を含む。ポンプマネージャモジュールは、制御スクリプトからの目標流量／容積／トルク値；ポンプからの流量および容積のフィードバック；および、ドライバ７２４，７２８，７３２，７３６を介してポンプへの信号を生成するための、圧力センサからの圧力フィードバックを使用する。
【０１４１】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、脱気マニホールドが利用される場合に真空供給の閉ループ制御を処理する、真空マネージャモジュール７３８を含む。真空マネージャモジュール７３８は、以下の入力を取り込む：（プリセットまたは構成からの）目標真空範囲；および（ＡＤＣドライバ７４０を介して）真空センサからの真空フィードバック。真空マネージャモジュール７３８は、以下の出力を生成する：真空ポンプのオン／オフ制御；および真空バルブのオン／オフ制御。
【０１４２】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、（ＵＡＲＴ７４４を介して）Ｃ４Ｄ１１４へのインタフェースを処理する、検出器マネージャモジュール７４２を含む。検出器マネージャモジュール７４２は、Ｃ４Ｄから導電率情報を受け取り、それをＵＩに渡す。検出器マネージャモジュール７４２はまた、レジスタ設定をＣ４Ｄ内に維持する。これは、Ｃ４Ｄの電源が切られるとレジスタ設定が失われるためである。
【０１４３】
図９に示すように、アプリケーションロジック層７０２は、サーマルゾーン１４０内の温度の閉ループ制御を処理する、サーマルマネージャモジュール７４６を含む。サーマルマネージャモジュール７４６は、以下の入力を取り込む：（プリセットまたは構成からの）目標温度；およびＩ２Ｃドライバ７４８を介して温度センサ１２６からの温度。サーマルマネージャモジュール７４６は、以下の出力を生成する：（ＰＷＭドライバ７５０を介した）ヒータ１２８の制御。
【０１４４】
Ｃ４Ｄおよび任意のＨＶドレインは、適切な電気的絶縁性を得るために他の要素との間に大きなスペースと電気的絶縁を備え、不活性ポリマーやセラミックなどの高インピーダンス材料を使用して取り付けられている。取り付け方法では、絶縁データ信号のためのゆとりが必要である。
【０１４５】
［解釈について］
本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更を加えられることが、当業者には明らかであろう。
【０１４６】
本明細書におけるいかなる先行刊行物（またはそれから派生する情報）、またはいかなる既知の事項への参照も、その先行刊行物（もしくはそれから派生する情報）または既知の事項が、本明細書が関連する努力分野における共通の一般的知識の一部を形成することの承認または許可または何らかの形の示唆として解釈されるものではなく、またされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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